梯形钢屋架课程设计度Word文档下载推荐.docx
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高等教育,2005
[5]《钢结构设计规》(GB50017—2003)
[6]《建筑结构荷载规》(GB50017-2002)
一、设计资料:
1、某车间跨度为18m,厂房总长度90m,柱距6m。
2、采用1.5m×
6m,预应力钢筋混凝土大型屋面板,Ⅱ级防水,卷材屋面桁架,板厚100mm,檩距不大于1800mm。
檩条采用冷弯薄壁斜卷边C形钢C220×
75×
20×
2.5,屋面坡度i=l/10。
3、钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上,柱顶标高18.000m,柱上端设有钢筋混凝土连系梁。
上柱截面为450mm×
450mm,所用混凝土强度等级为C30,轴心抗压强度设计值=14.3N/mm2。
抗风柱的柱距为6m,上端与屋架上弦用板铰连接。
4、钢材用Q235,焊条用E43系列型。
5、屋架采用平坡梯形屋架,无天窗,外形尺寸(取一半)如图1所示。
图1
二、屋架几何尺寸与檩条布置
1、屋架几何尺寸
屋面采用1.5m×
6m的钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面,采用梯形屋架;
屋架上弦节点用大写字母A,B,C…连续编号,下弦节点以与再分式腹杆节点用小写字母a,b,c…连续编号。
由于梯形屋架跨度L=30m>
24m,为避免影响使用和外观,制造时应起拱
f=L/500=60mm。
屋架计算跨度l0=L-2⨯0.15=30-2⨯0.15=29.7m。
跨中高度H0=h0+i⨯l0/2=3585mm。
为使屋架上弦节点受荷,腹杆采用人字式,下弦节点的水平间距取1.5m,起拱后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图2所示(其中虚线为原屋架,实线为起拱后屋架)。
图2
运输单元的最大尺寸为长度15m,高度4m。
此屋架跨度30m,高度3.3m,所以可将屋架从屋脊处断开,取一半屋架作为运输单元,长度为15m,高为3.3m。
两个运输单元分别在工厂里面制作完成后,再运输至施工现场进行拼接。
2、檩条布置
采用长尺复合屋面板,单坡不需要搭接,在屋架上弦节点设置檩条,水平檩距为1.5m。
檩条跨度l=6,在跨中三分点处设置两道拉条,为檩条提供两个侧向支撑点。
由于风荷载较大,故在屋檐和屋脊处都设置斜拉条和刚性撑杆,以将拉条的拉力直接传递给屋架。
檩条、拉条和撑杆的设置如图3所示。
三、支撑布置
1、上弦横向水平支撑
上弦横向水平支撑应设置在厂房两端的第一个柱间,且间距不宜超过60m。
本车间长度为96m,因此需要布置四道横向水平支撑,如图4所示。
图4
2、下弦横向和纵向水平支撑
屋架跨度L=30m>
16m,故应设置下弦横向和纵向水平支撑。
下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间,如图5所示
图5
3、垂直支撑
垂直支撑必须设置。
对于本屋架结构,在跨度中央设置一道中间垂直支撑,在屋架两端各设置一道垂直支撑。
垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上,如图6所示。
图6
4、系杆
没有设置横向水平支撑的屋架,其上下弦的侧向支撑点由系杆来充当。
上弦平面,屋脊和屋檐处需要设置刚性系杆,其它支撑点处设置柔性系杆。
本屋盖结构中,檩条长细比λ=194.6<
200,故可兼充上弦平面的刚性和柔性系杆。
下弦平面设置两道柔性系杆(图5),
可采用∠45⨯5的单角钢。
四、荷载与力计算
1、荷载计算
1)永久荷载
(1)永久荷载
预应力混凝土大型屋面板1.4kN/m2
檩条自重0.07kN/m2
屋架与支撑自重0.45kN/m2
永久荷载总和:
1,92kN/m2
(2)可变荷载
(a)活荷载:
屋面活荷载0.5kN/m2活荷载计算信息:
考虑活荷载不利布置
风荷载计算信息:
不计算风荷载
2、荷载组合
设计屋架时,应考虑以下四种组合:
(1)组合一:
全跨永久荷载+全跨活荷载
永久荷载与活荷载大小接近,活荷载起控制作用,荷载设计值为
q=1.2⨯1.92+1.4⨯0.5=3.0kN/m2
屋架上弦节点荷载为
P=qA=3.0⨯1.5⨯6=27kN
(2)组合二:
全跨永久荷载+半跨活荷载
全跨永久荷载:
q1=1.2⨯1.92=2.304kN/m2
P=q1A=2.304⨯1.5⨯6=20.74kN
半跨活荷载:
q2=1.4⨯0.5=0.7kN/m2
P2=q2A=0.7⨯1.5⨯6=6.3kN
(3)组合三:
全跨屋架与支撑自重+半跨屋面板重+半跨施工荷载
全跨屋架与支撑自重:
q3=1.0⨯0.45=0.45kN/m2
P3=q3A=0.45⨯1.5⨯6=4.05kN
半跨屋面板重+半跨屋面活荷载:
q4=1.2⨯(0.30+0.07)+1.4⨯0.5=1.144kN/m2
P4=q4A=1.1444⨯1.5⨯6=10.30kN
上述各组合中,端部节点荷载取跨中节点荷载值的一半。
3、力计算
本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的力系数(单位节点力分别作用于全跨、左半跨和右半跨),力计算结果如表1所示
杆件
力系数(P=1)
组合一
组合二
组合三
计算力
名称
全跨
左半跨
右半跨
P×
①
P1×
①+
P3×
(kN)
②
③
P2×
P4×
AB
BC
-10.7
-7.7
-3
-288.9
-270.428
-240.8
-122.6
-74.2
CD
DE
-17.3
-11.9
-5.4
-467.1
-433.78
-392.8
-192.6
-125.7
上
EF
弦
FG
-20.6
-13.3
-7.3
-556.2
-511.0.
-473.2
-220.4
-158.6
杆
GH
-511.0
HI
-21.5
-12.5
-8.9
-580.5
-524.66
-502
-215.8
-178.7
IJ
-21.9
-13
-591.3
-536.1
-510.3
-222.6
-180.4
JK
-510.31
ac
5.7
4.2
1.5
153.9
144.68
127.67
66.3
38.5
下
ce
14.4
10.2
388.8
362.9
325.1
163.4
101.6
eg
19.2
12.8
6.4
518.4
478.8
438.5
209.6
143.7
gi
21.2
13.1
8.1
572.4
522.22
490.7
220.8
169.3
ik
20.4
550.8
487.36
187.7
aB
-11.1
-8.2
-2.9
-299.7
-281.9
-248.5
-129.4
-74.8
Bc
8.9
6.3
2.6
240.3
224.3
201
100.9
62.8
cD
-7.5
-4.9
-2.5
-202.5
-186.42
-171.3
-80.8
-56.1
斜
De
5.5
3.3
2.3
148.5
134.86
128.56
56.3
46.0
腹
eF
-4.3
-2.1
-2.2
-116.1
-102.4
-103
-39.0
-40.1
Fg
2.8
0.8
2
75.6
63.1
70.76
19.6
31.9
gH
-1.6
0.3
-1.9
-43.2
-31.3
-45.2
-3.4
-26.0
Hi
0.4
-0.4
1.8
10.8
5.8
19.64
20.2
10.8/-2.5
ij
3.5
-40.5
53.2
17.88
42.1
-15.6
42.1/-40.5
jk
2.2
4.3
-59.4
72.7
32.4
-12.7
72.7/-59.4
Ij
0.6
16.2
8.6
2.4
Aa
-1
-0.5
-27
-23.89
-20.74
-9.2
-4.05
Cc
-27.04
-14.35
竖
Ee
Gg
Ii
-1.5
-50.01
-31.1
-2